Synthèse de matière organique analogue à celle des météorites carbonées
Les chondrites carbonées sont les météorites les plus primitives du système solaire. Leur composition chimique est proche de celle du Soleil et elles ont conservé la mémoire de la composition originale du matériau primitif qui a conduit à la formation des planètes. La matière organique insoluble (MOI) résulte de réactions en phase gazeuse entre des radicaux organiques. L’origine des caractéristiques chimiques et isotopiques de cette MOI reste mal comprise car cette matière s’est formée dans des environnements peu documentés expérimentalement et théoriquement. Pour mieux comprendre sa formation, il faut maintenant résoudre certaines questions fondamentales et en particulier déterminer la nature de ses précurseurs.
Les travaux menés dans l’équipe depuis une vingtaine d’années nous ont permis de proposer un modèle de structure moléculaire de la MOI chondritique (Figure) et un mécanisme pour la synthèse de son squelette hydrocarboné par condensation/aromatisation de courtes chaînes aliphatiques (Derenne et Robert, MAPS, 2010). Ce mécanisme a récemment été testé par des synthèses au laboratoire dans des plasmas d’hydrocarbures conduisant à des résultats encourageants. Cependant, les sources et les mécanismes d’incorporation des hétéoéléments dans cette structure restent à élucider. De plus, des variations isotopiques importantes sont observées dans la MOI mais leur nature et origine sont encore inconnues. L’objectif de la thèse est de déterminer l’environnement chimique qui prévalait au moment de la formation de la MOI chondritique et de contraindre l’origine des caractéristiques uniques de ce matériau.
Dans ce but, nous étudierons différents scenarios au cours d’expériences de laboratoire. Ainsi, nous suivrons expérimentalement la condensation de la MOI dans des milieux dominés par des radicaux moléculaires mélangés à des molécules gazeuses photodissociées – toutes ces espèces étant compatibles avec les conditions prévalant lors de la formation du système solaire. Ces espèces seront formées dans un plasma dont nous ferons varier la composition afin de tester la réactivité de différents précurseurs. La structure moléculaire de la MOI synthétisée sera caractérisée par les mêmes techniques que celles précédemment mises en oeuvre pour la MOI chondritique afin d’aboutir à une comparaison précise entre ces deux types de MOI, permettant ainsi de valider ou non les précurseurs testés. Le candidat mettra donc en oeuvre une large gamme de méthodes (IRTF, RMN, CG-SM) ainsi que des dégradations thermiques et chimiques. Les variations spatiales sub-micrométriques de la composition isotopique en H et N à l’échelle de 100 nm seront enregistrées par NanoSIMS ainsi que la composition chimique des zones analysées.
La production au laboratoire de MOI synthétique ayant les mêmes signatures moléculaires et isotopiques que celles observées dans la MOI chondritique conduira à des avancées majeures dans la compréhension des conditions physico-chimiques de la nébuleuse protosolaire.
Ce sujet réalisé en collaboration entre l’UPMC et le MNHN (nos équipes sont internationalement reconnues comme leaders dans le domaine) s’inscrit dans un projet multidisciplinaire en cours d’évaluation par l’ANR. Il combine des synthèses dans des plasmas organiques avec des caractérisations moléculaires mettant en oeuvre une large gamme de techniques. Les compétences ainsi acquises par le candidat pourront ensuite être valorisées dans des domaines variés de la chimie.
Le candidat sera sélectionné après audition en juillet 2015. Les candidatures sont à adresser à Sylvie Derenne, DR CNRS, UMR METIS, UPMC. sylvie.derenne@upmc.fr